Tabela 1
Największe linie kablowe najwyższych napięć [1, 2]
sierpień
2009
www.energetyka.eu strona549
Analizowano dane dotyczące linii na napięcie powyżej 50kV, a informacje uzyskano z 28 państw i dotyczyły one stanu na koniec 2006 roku. Ponieważ w różnych krajach stosowane są odmienne typowe poziomy napięć linii elektroenergetycz-nych przy opracowywaniu daelektroenergetycz-nych statystyczelektroenergetycz-nych zastosowa-no przedziały napięć: 50 – 109 kV, 110 – 219 kV, 220 – 315 kV, 315 – 500 kV oraz powyżej 500 kV.
Na rysunku 1 przedstawiono procentowy udział linii kablo-wych w sieci dla poszczególnych poziomów napięć. Zebrane dane statystyczne potwierdziły, że z roku na rok wzrasta pro-centowy udział linii kablowych ułożonych kablami o izolacji polietylenowej w ogólnej długości eksploatowanych linii kablowych (rys. 2). Poprzednio tak kompleksową analizę sieci elektroenergetycznych przeprowadzono również w ramach prac CIGRE, a dane dotyczyły stanu na koniec 1996 roku [4].
W Polsce obserwowany jest w ostatnich latach dyna-miczny rozwój sieci kablowej szczególnie dla linii na napię-cie 110 kV i należy jedynie żałować, że nie są dostępne infor-macje o sumarycznej długości tych linii – eksploatowanych przez elektroenergetykę zawodową, przemysłową i inną. Budowę przykładowych linii 110 kV pokazano na rysunku 3. W naszym kraju oddano do eksploatacji także już krótki odci-nek linii kablowej 400 kV.
Wydaje się, że we wszystkich większych miastach i aglo-meracjach budowanie linii kablowych 110 kV stało się obec-nie obec-niezbędną koobec-niecznością. Dlatego w tabeli 2 porównano długości linii kablowych w wybranych państwach wg stanu na 2005 i 1996 rok właśnie dla tego poziomu napięć, obec-nie najbardziej interesującego polską elektroenergetykę. Oczywiście w przypadku ujemnej zmiany w długości linii
kablowych w danym kraju można domyślać się, że spowo-dowane jest to przebudową linii na wyższe napięcia. Infor-macje o liniach kablowych także dla tego poziomu napięć zestawiono w tabeli 3.
Rys. 1. Procentowy udział linii kablowych w ogólnej długości linii elektroenergetycznych
dla poszczególnych poziomów napięć [3]
Rys. 2. Procentowy udział kabli o wytłaczanej izolacji polimerowej w ogólnej długości linii kablowej
dla poszczególnych poziomów napięcia [3]
Tabela 2
Porównanie długości linii kablowych 110-219 kV zgodnie z danymi z roku 1996 i 2005 dla kilku przykładowych państw [3]
Tabela 3
Długość linii elektroenergetycznych na napięcie 110 – 219 kV w dziesięciu państwach,
w których udział linii kablowych jest najwyższy [3] Rys. 3. Budowa dwóch linii kablowych 110 kV w Poznaniu
sierpień
2009
strona
550
www.energetyka.euPowoli staje się standardem we współczesnych liniach WN i NN stosowanie monitoringu temperatury (tzw. kable hybrydowe). Oczywiście tego typu instalacja zwiększa koszt budowy linii, jednakże staje się wręcz niezbędna w liniach o strategicznej ważności. Kable takie oferowane są również przez polski przemysł kablowy [12].
Z kolei sposobów zmniejszenia kosztów budowy linii kablowej jest wiele. Producenci kabli WN i NN oferują między innymi coraz dłuższe odcinki fabryczne kabli, co zmniejsza koszt zakupu i instalowania osprzętu [2, 13]. Przykładowo w Japonii w roku 1993 rekordem było uzyskanie odcinka kabla na napięcie 275 kV o długości 600 m, obecnie nie jest rzadko-ścią produkowanie kabli na ten poziom napięcia w odcinkach o długości 2500 m [10]. Także Japończycy mogą poszczycić się i produkcją kabli 500 kV o izolacji XLPE o zna-czących długościach odcinków fabrycznych. Przykład takiego odcinka to kabel 500 kV o żyle roboczej 1000 mm2, z osłoną Al karbowaną, o grubości izolacji wynoszącej 27 mm. Poza czynnikami społecznymi wpływającymi
zdecydo-wanie na rozwój sieci kablowej pewnym ograniczeniem cią-gle jest koszt budowy linii kablowej, a szczególnie jego od-niesienie do kosztu budowy równoważnej linii napowietrz-nej. Wiele czynników wpływa na ostateczny koszt linii kablo-wej – rozpatrywanej całościowo. Przykładowo, jeżeli projek-tant i inwestor zdecydują się na ułożenie linii kablowej w tu-nelu, to należy przewidzieć koszt budowy tutu-nelu, koszt sys-temu wentylacyjnego, koszt budowy podpór do ułożenia kabli, koszt rozwinięcia i ułożenia kabli oraz koszt łączenia odcinków (montowania muf kablowych). Natomiast etap projektowania linii i wyboru konstrukcji kabla oraz osprzętu wymaga uwzględnienia wyboru trasy linii, profesjonalnej oceny oddziaływania środowiskowego (i to zarówno oddzia-ływania środowiska na linię, jak i oddziaoddzia-ływania linii na śro-dowisko) oraz uwzględnienia wszelkich kosztów związanych z uzyskaniem wszystkich uzgodnień i zezwoleń. Przy budo-wie linii pojawia się także koszt związany z koniecznością wykupu gruntu na tzw. pas technologiczny umożliwiający nie tylko budowę linii, ale zapewniający niezbędny do niej dostęp – konieczny podczas eksploatacji – i to nie tylko pod-czas usuwania ewentualnej awarii. W przypadku budowania tzw. wstawek kablowych w liniach napowietrznych wysokich i najwyższych napięć należy uwzględnić konieczność wyko-rzystania stosunkowo szerokiego pasa technologicznego ze względu na niezbędne ułożenie linii kablowej wielotorowej, aby zapewnić tę samą zdolność przesyłową co linia napo-wietrzna [5, 6, 7]. Jako przykładowe rozwiązanie takiej sytu-acji na rysunku 4 przedstawiono wymagany pas technolo-giczny dla linii kablowej wielotorowej mającej stanowić alter-natywną wstawkę do wybudowanej w okolicach Poznania linii wielotorowej napowietrznej.
Koszt budowy linii może być dodatkowo związany z bu-dową specjalnych systemów zmniejszających oddziaływanie pola magnetycznego na środowisko [8, 9]. Coraz częściej rozpatrywany problem konieczności obniżania poziomu pola magnetycznego wokół linii kablowych skutkuje stosowa-niem różnego typu środków zaradczych w celu obniżenia pola magnetycznego (rys. 5). Wybór materiału ekranów i ukształtowania osłon musi być dokonywany indywidualnie, oceniając każdy przypadek osobno.
Nowoczesne konstrukcje kabli elektroenergetycznych coraz częściej wyposażane są w czujniki, które umożliwiają monitorowanie stanu izolacji podczas eksploatacji. Przykład takiej konstrukcji pokazano na rysunku 6 – pomiędzy mie-dzianymi drutami żyły powrotnej kabla umieszczono światło-wód do kontroli temperatury wzdłuż całego kabla (real time thermal rating – RTTR) oraz czujnik elektryczny pozwalający alarmować służby eksploatacyjne o ewentualnym zawilgoce-niu izolacji [10, 11]. Konstrukcje takie wykonywane są już standardowo na napięcie do 400 kV. A jeżeli wspomniano już zawilgocenie, to należy podkreślić, że standardem jest insta-lowanie wysokonapięciowych kabli o konstrukcji uszczelnio-nej (czyli wyposażonych w bariery promieniowe i wzdłużne przeciwko wnikaniu i rozprzestrzenianiu się wilgoci w izola-cji).
Rys. 4. Wymagany pas terenu przy zastąpieniu linii napowietrznej 2 x 400 kV + 2 x 220 kV linią kablową [5]
Rys. 5. Genua – montowanie kabli wewnątrz stalowej rury [9]
Rys. 6. Nowoczesna konstrukcja kabla WN o izolacji XLPE z optycznym i elektrycznym sensorem
sierpień
2009
www.energetyka.eu strona551
Linia o długości 1800 m została ułożona pomiędzystacja-mi wykonanystacja-mi w technologii GIS w jednym odcinku, czyli bez mufy [14].
Przykład instalowania innej linii 500 kV w Japonii przed-stawiono na rysunku 7.
Podsumowanie
Obecnie coraz częściej instalowane są linie kablowe na napięcie 400 kV (420 kV napięcie maksymalne). Dodatkowo w kablach tych przekrój żyły roboczej wynoszący 2500 mm2 powoli także staje się światowym standardem [1]. A obser-wowany w ostatnich latach dynamiczny rozwój sieci kablo-wej wynika nie tylko z uwarunkowań technicznych i ekono-micznych, ale również ze względu na fakt coraz trudniejszej akceptacji społecznej dla budowy nowych linii napowietrz-nych wysokich i najwyższych napięć.
Dodatkowo, bardzo dobre dotychczasowe doświadcze-nia eksploatacyjne [15] oraz bardzo dobra jakość kabli elek-troenergetycznych oferowanych przez renomowanych pro-ducentów utwierdzają, że wybór linii kablowych jest wybo-rem słusznym. Tym bardziej że prowadzone są nadal inten-sywne badania mające na celu ciągłe polepszanie techno-logii układania kabli oraz uzyskiwania coraz lepszych i jesz-cze bardziej niezawodnie działających kabli i osprzętu kablowego.
Osobnym obszarem badawczym poświęcone są prace nad wydłużeniem czasu życia linii kablowych. Planowane jest również dalsze podwyższanie poziomu napięcia kabli elektroenergetycznych, a nawet rozważane jest podję-cie wstępnych prac badawczych nad projektem kabla na napięcie 750 kV [10].
Kolejnym argumentem za wyborem linii kablowych jest zmniejszająca się różnica pomiędzy kosztem budowy linii napowietrznej a równoważnej jej linii kablowej, tym bar-dziej że każdorazowa koszty eksploatacyjne dla linii kablo-wych są znacznie niższe niż dla linii napowietrznych. Dlatego nie są rzadkością doniesienia o budowie kolejnych linii kablowych WN i NN.
Przykładowo na przełomie 2009 i 2010 roku ma być oddana do eksploatacji w Szanghaju linia kablowa 500 kV o sumarycznej długości 17 km (51 km kabla). Oczywiście, zgodnie z niepisanymi standardami obowiązującymi już na całym świecie, użyty zostanie kabel o izolacji z poliety-lenu usieciowanego (XLPE) z żyłą roboczą o przekroju 2500 mm2.
Literatura
[1] Argaut P., Bjorlow-Larsen K., Zaccone E., Gustafsson A., Schell F., Waschk V.: Large projects of ehv underground cable systems, JICABLE 2007, paper A.2.1
[2] Rakowska A.: Linie kablowe wysokich i najwyższych napięć, Wiadomości Elektrotechniczne 2009, nr 11, (w dru-ku)
[3] Statistics of AC underground cables in power networks, CIGRE TB 338, WG B1-07, December 2007
[4] Comparison of overhead lines and underground cables, CIGRE Technical Brochure No 110, December 1996 [5] Rakowska A., Grzybowski A.: Aspekty
techniczno-ekono-miczne związane z projektowaniem, budową i eksploatacją wielotorowych kablowych linii przesyłowych o maksymal-nym napięciu 400 kV, Opracowanie dla PSE SA, wrzesień 2005, umieszczone w Internecie:
http://www.nowaliniapoznan.pl/index.php?mg=9
[6] Rakowska A.: Linie kablowe najwyższych napięć prądu prze-miennego, Przegląd Elektrotechniczny, Nr 4, 2008
[7] Grzybowski A., Rakowska A., Siodła K., Stiller J.: Praca linii kablowej wysokiego napięcia w systemie elektroenergetycz-nym, VI Konferencja Naukowo-Techniczna „Linie kablowe – Stan obecny, nowe techniki”, Bełchatów, 21 – 22 listopada 2007
[8] Rakowska A., Grzybowski A., Siodła K., Stiller J.: Wytyczne do budowy w Polsce linii kablowych o napięciu 400 kV, Opracowanie IE PP dla Vattenfall Heat Polska SA. Warsza-wa, październik 2007
[9] Conti R., Donazzi F., Maioli P., Rendina R., Sena E.A.: Some Italian experiences in the utilization of HV underground cable systems to solve local problems due to magnetic field and other environmental issues, CIGRE 2006, Paper C4-303 [10] CIGRE CD – General Session 2008, SC B1
[11] Luton M., Anders G., Braun J-M, Downes J.: Real time monitoring of power cables by fibre optic technologies tests, applications and outlook, JICABLE 2003, paper A.1.6, 2003
[12] Mokański W., Masztak R.: Kable hybrydowe, XV Konferencja „Kabel” 2008, Zakopane, 26 – 28 marca 2008
[13] Rakowska A., Minimalizacja oddziaływania obiektów ener-getycznych na środowisko, Elektro-Info 2006, nr 5 [14] Toya A., Kobashi K., Okuyama Y., Sakuma S., Higher stress
designed XLPE insulated cable in Japan, General Session CIGRE 2004, paper B1-111
[15] Rosevear R.D., Choquette, Mampeay B., Rakowska A., Waschk V.: Update of service experience of HV undregound and submarine cable systems, CIGRE TB 379, s. 1 – 84, April 2009
Rys. 7. Budowa linii kablowej 500 kV; odcinek kabla o długości 1200 m [14]
sierpień
2009
strona
552
www.energetyka.euWprawdzie w końcu 2008 r. cena baryłki ropy naftowej spa-dła o ponad 60% w porównaniu z ceną z początku roku, głów-nie za sprawą wzrostu wartości dolara, to jednak należy liczyć się z powrotem trendu wzrostowego cen paliw kopalnych ze względu na prawdopodobną ich ograniczoną dostępność. Zatem w obliczu niestabilnych i zazwyczaj wzrastających cen paliw kopalnych i dynamicznego rozwoju gospodarki Europa poszukuje nowych, alternatywnych źródeł energii, które speł-niałyby cechy zrównoważoności. Wśród odnawialnych źródeł energii, takich m.in.: energia wiatrowa, słoneczna, wodna, geo-termalna czy zawarta w biomasie, ta ostatnia wydaje się w pol-skich warunkach najbardziej obiecująca ze względu na jej uni-wersalność i możliwość zastosowania w każdym miejscu i w wie-lu postaciach (spalanie, fermentacja, biogaz i inne). Biogazow-nie, chociaż znane i stosowane z powodzeniem już w XIX w., jako doskonałe źródło energii w Europie docenione zostały dopiero w latach 80. ubiegłego stulecia. Substratami do pro-dukcji biogazu mogą być zarówno uprawne rośliny energe-tyczne (jadalne i niejadalne) jak i odpady komunalne, przemy-słu rolno-spożywczego czy samego rolnictwa. Te ostatnie zasługują na szczególną uwagę. W Niemczech istnieje już kilka tysięcy biogazowni rolniczych, w naszym kraju jest to sektor startujący z wieloma barierami, głównie prawnymi.